大脑如何将外部信息转化为记忆？

《科学日报》(记者顾刚)——人脑如何将外部信息转化为自己的记忆？作为人类大脑项目的一部分，来自德国、瑞典和瑞士的研究小组研究了纹状体的神经回路。研究结果发表在最近的《计算生物学杂志》上，对理解神经系统的基本功能具有重要意义。

大脑信息处理发生在由突触连接的神经回路中。突触的任何变化都会影响我们记忆事物或对某些刺激做出反应的方式。这些神经回路可以通过突触可塑性来控制，在这个过程中的一些突触会随着时间的推移而增加或减少，这取决于神经元的活动。

研究小组分析了这些突触变化的生化反应网络，并进一步解释了可塑性机制。皇家斯德哥尔摩理工学院的Genet Talsky是研究领导者之一，他解释道:“模拟可塑性机制对于理解分子计算产生的一些高级现象至关重要，比如学习和记忆形成。”

在神经元中，外部和内部信息处理通过突触可塑性在脑神经网络中传递突触信号。脑神经网络中的单个分子也可以进行这些生物化学反应，通常是一种叫做交流电的酶。例如，哺乳动物的腺苷酸环化酶家族可以将细胞外信号转化为细胞内信号分子(cAMP)，cAMP是细胞中最重要的次级信使之一。

德国胡里奇研究中心的保罗·卡罗尼说:“一些辅助蛋白质化学反应是通过靶向交流酶而引发的，而其他酶则阻止它们。我们的工作朝着更好地理解这些交流蛋白的“分子识别”迈出了重要的一步。神经元能够以极高的精度和准确度控制交流酶催化反应的速率。这反过来又激活了神经元功能所需的后续过程。”

大脑表达由9个膜结合的交流变体，其中AC5代表纹状体的主要形式。在基于反应的学习中，cAMP的产生对于加强从皮质神经元到纹状体主神经元的突触至关重要，并且依赖于多种神经调节系统，例如多巴胺和乙酰胆碱。首席研究员丽贝卡·万德总结道:“在这项研究中，我们汇集了来自四个不同研究机构的科学家的专业知识，共同开发了一种多尺度模拟方法，并利用它创建了一个依赖AC5信号系统的动态模型。”